ВОДОРОДНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК C01B3/34 

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом углеводородов и может быть использовано в промышленности.

Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает блок сероочистки углеводородного сырья с адсорберами, заполненными хемосорбентом, риформер с горелкой, паровой котел-утилизатор и конвертор окиси углерода, охладители-осушители, блок водоподготовки и блок выделения водорода.

Недостатком данной установки является низкий выход водорода из-за сжигания части сырья для получения избыточного водяного пара.

Наиболее близок к заявляемому изобретению установка получения водорода из углеводородного газа [RU 2624708, опубл. 05.07.2017 г., МПК С01B 3/34, С01В 3/12], включающая блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, конвертор углеводородного сырья (риформер с косвенным нагревом реакционного пространства), оборудованный горелкой с линией подачи отходящего газа из блока выделения водорода, соединенный линией подачи синтез-газа с конвертором окиси углерода, оснащенным линиями подачи подготовленной воды и вывода водородсодержащего газа, при этом блок сероочистки оборудован адсорберами с регенерируемым адсорбентом, линиями подачи части очищенного сырья и вывода газа регенерации в горелку, и соединен с конвертором окиси углерода линией подачи очищенного сырья в качестве хладоагента, оснащенной нагревателем, конверторы соединены линией подачи сырьевой смеси, на которой установлен рекуперационный блок, оснащенный линиями ввода/вывода синтез-газа, а блок выделения водорода соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки.

Недостатком данной установки является использование риформера с горелкой, в котором тепло подводят к катализатору за счет косвенного нагрева реакционного пространства дымовыми газами через стенки реакционных труб или пластинчатых теплообменных элементов, при этом передача тепла требует разницы температур между слоем катализатора и стенкой теплообменного элемента до 250 °С, что при температуре реакции 800-850 °С приводит к необходимости использования дорогих спецсталей с рабочей температурой выше 1000 °С, а также усложняет конструкцию риформера.

Задача изобретения - упрощение установки и исключение косвенного нагрева реакционного пространства риформера.

Техническим результатом является упрощение установки и исключение косвенного нагрева реакционного пространства риформера за счет размещения риформера с прямым электрическим нагревом катализатора электроэнергией, вырабатываемой газотурбинным агрегатом за счет сжигания отходящего газа или газа регенерации и отходящего газа, а также использования отходящих газов газотурбинной установки для нагрева сырьевой смеси.

Предложено два варианта установки. В первом варианте установлен блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, а втором -с не регенерируемым адсорбентом.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, оснащенный линией подачи газа регенерации, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода -линией подачи водородсодержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель, при этом блок выделения водорода оснащен линиями подачи отходящего газа и вывода водорода и соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, оснащенным линиями подачи воды и деионизированной воды, особенностью является то, что установка оборудована газотурбинным агрегатом, включающим компрессор с линией подачи воздуха, соединенный линией подачи сжатого воздуха с камерой сгорания, которая оснащена линями подачи отходящего газа и газа регенерации, а также соединена линией подачи продуктов сгорания с турбиной, оснащенной электрогенератором с линиями подачи электрического тока в риформер с электронагревательными элементами.

Второй вариант установки отличается отсутствием соединения блока адсорбционной сероочистки с камерой сгорания линией подачи газа регенерации вследствие использования не регенерируемого адсорбента.

В обоих вариантах на линии подачи воздуха из компрессора может быть установлен рекуперационный теплообменник для более глубокой рекуперации тепла отработанного газа газотурбинной установки, а камера сгорания может быть оснащена линией подачи дополнительного топлива.

В качестве узлов и блоков установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники, например в качестве блока водоподготовки может быть установлено устройство обратного осмоса, в качестве камеры сгорания может быть с каталитическим или пламенным сжигание топлива и т.п. В качестве не регенерируемого адсорбента может быть использован хемоеорбент, например, на основе окиси цинка, а в качестве регенерируемого - цеолит.

Оборудование водородной установки газотурбинным агрегатом, позволяет использовать вырабатываемую электроэнергию для прямого нагрева катализатора в риформере электрическим током, за счет чего исключить косвенный нагрев реакционного пространства риформера и упростить установку. При этом размещение нагревателя смеси сырьевого газа с водой на линии вывода отработанного газа позволяет рекуперировать тепло отработанного газа, за счет чего повысить энергоэффективность установки в целом.

Предлагаемая установка в обеих вариантах включает блоки адсорбционной сероочистки 1 и водоподготовки 2, конвертор окиси углерода 3, нагреватель 4, риформер 5, блок выделения водорода 6 и газотурбинный агрегат с камерой сгорания 7, компрессором 8, турбиной 9 и электрогенератором 10.

При работе первого варианта (фиг.1) установки сырьевой газ, подаваемый по линии 11, очищают от сернистых соединений в блоке 1, газ регенерации выводят по линии 12, а очищенный сырьевой газ по линии 13 после смешения с деионизированной водой, подаваемой по линии 14 из блока 2, направляют в качестве хладоагента в конвертор 3 и затем в качестве сырьевой смеси в нагреватель 4 и риформер 5. Полученный синтез-газ по линии 15 направляют в конвертор 3, из которого водородсодержащий газ по линии 16 подают в блок 6, где разделяют на водород, выводимый по линии 17, водный конденсат, подаваемый в блок 2 по линии 18, и отходящий газ, который по линии 19 совместно с газом регенерации в качестве топлива и сжатым воздухом, подаваемым по линии 20 из компрессора 8, в который он поступает по линии 21, направляют в камеру сгорания 7. Продукты сгорания по линии 22 подают в качестве рабочего тела в турбину 9, из которой отработанный газ выводят по линии 23 после охлаждения в нагревателе 4. В блок 2 для компенсации химического расхода воды по линии 24 подают балансовую воду. Нагрев риформера 5 осуществляют электрическим током, вырабатываемым электрогенератором 10 и подаваемым по линиям 25. В камеру сгорания при необходимости по линии 26 может подаваться дополнительное топливо, а на линии 20 может быть установлен рекуперационный теплообменник 27 (показано пунктиром).

Работа второго варианта установки (фиг.2) отличается отсутствием подачи газа регенерации по линии 12 из блока адсорбционной сероочистки в камеру сгорания, в остальном процесс идентичен первому варианту.

Таким образом, предлагаемая установка более проста, исключает косвенный нагрев реакционного пространства риформера и может быть использована в промышленности.

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом углеводородов. Установка включает блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, оснащенный линией подачи газа регенерации или без регенерируемого адсорбента, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода - линией подачи водородсодержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель. При этом блок выделения водорода оснащен линиями подачи отходящего газа и вывода водорода и соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, оснащенным линиями подачи воды и деионизированной воды. Кроме того, установка оборудована газотурбинным агрегатом, включающим компрессор с линией подачи воздуха, соединенный линией подачи сжатого воздуха с камерой сгорания, которая оснащена линями подачи отходящего газа и газа регенерации либо только линией подачи отходящего газа, а также соединена линией подачи продуктов сгорания с турбиной, оснащенной электрогенератором с линиями подачи электрического тока в риформер с электронагревательными элементами. Техническим результатом является упрощение установки и исключение косвенного нагрева реакционного пространства риформера. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Водородная установка, включающая блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, оснащенный линией подачи газа регенерации, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода - линией подачи водородсодержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель, при этом блок выделения водорода оснащен линиями подачи отходящего газа и вывода водорода и соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, оснащенным линиями подачи воды и деионизированной воды, отличающаяся тем, что установка оборудована газотурбинным агрегатом, включающим компрессор с линией подачи воздуха, соединенный линией подачи сжатого воздуха с камерой сгорания, которая оснащена линями подачи отходящего газа и газа регенерации, а также соединена линией подачи продуктов сгорания с турбиной, оснащенной электрогенератором с линиями подачи электрического тока в риформер с электронагревательными элементами.

2. Водородная установка, включающая блок адсорбционной сероочистки, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода - линией подачи водородсодержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель, при этом блок выделения водорода оснащен линиями подачи отходящего газа и вывода водорода и соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, оснащенным линиями подачи воды и деионизированной воды, отличающаяся тем, что установка оборудована газотурбинным агрегатом, включающим компрессор с линией подачи воздуха, соединенный линией подачи сжатого воздуха с камерой сгорания, которая оснащена линией подачи отходящего газа, а также соединена линией подачи продуктов сгорания с турбиной, оснащенной электрогенератором с линиями подачи электрического тока в риформер с электронагревательными элементами.